Клетка. 1. Клетка - элементарная живая система, клеточная теория. Клетка структурная и функциональная единица жизни

• Название: Клетка структурная и функциональная единица жизни
• Анкор: Клетка
• Дата: 02.03.2021
• Размер: 70.16 Kb.
• Имя файла: 1. Клетка - элементарная живая система, клеточная теория.docx
• Тип: Документы; #181273
• страница: 1 из 3

КЛЕТКА – СТРУКТУРНАЯ И ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ЕДИНИЦА ЖИЗНИ.

История открытия клетки.

Открытие клетки принадлежит английскому естествоиспытате­лю Роберту Гуку, который в 1665 г впервые рассмотрел тонкий срез пробки под микроскопом. На срезе было видно, что пробка имеет ячеистое строение, подобно пчелиным сотам. Эти ячейки Р. Гук назвал клет­ками.

Вслед за Гуком клеточное строение растений подтвердили ита­льянский биолог и врач М. Мальпиги (1675) и английский ботаник Н. Грю (1682). Их внимание привлекли форма клеток и строение их оболочек. В результате было дано представление о клетках как о «ме­шочках» или «пузырьках», наполненных «питательным соком».

Значительный вклад в изучение клетки внес голландский натура­лист, один из основоположников научной микроскопии, А. ван Левенгук, открывший в 1674 г. одноклеточные организмы — инфу­зории, амебы, бактерии. Он также впервые наблюдал животные клетки — эритроциты крови и сперматозоиды.

Дальнейшее усовершенствование микроскопа и интенсивные микроскопические исследования привели к установлению фран­цузским ученым Ш. Бриссо-Мирбе (1802, 1808) того факта, что все растительные организмы образованы тканями, которые со­стоят из клеток. Ж. Б. Ламарк (1809), распространил идею Бриссо-Мирбе о клеточном строении и на животные организмы.

Долгое время главной составной частью клетки считали её оболочку. Лишь в начале XIX в. предпринимаются попытки изучения внут­реннего содержимого клетки. В 1831 г. английский ботаник Р. Броун впервые описал ядро в клетках растений, а в 1833 г. он пришел к выводу, что ядро является обязательной частью расти­тельной клетки. Таким образом, в это время меняется представ­ление о строении клетки: главным в ее организации стали считать не клеточную стенку, а содержимое.

Наиболее близко к формулировке клеточной теории подошел немецкий ботаник Маттиас Шлейден, который установил, что тело рас­тений состоит из клеток.

Многочисленные наблюдения относительно строения клетки, обобщение накопленных данных позволили Томасу Шванну в 1839 г. сде­лать ряд выводов, которые впоследствии назвали клеточной теорией. Ученый показал, что все живые организмы состоят из клеток, что клетки растений и животных принципиально схожи между собой. Провозглашалось единство органического мира. Но Шлейден и Шванн ошибочно считали, что клетки возникают из первичного неклеточного вещества.

Клеточная теория получила дальнейшее развитие в работах немецкого ученого Рудольфа Вирхова (1858), который предположил, что клетки образуются из других клеток путём деления. В 1874 г. русским ботаником И. Д. Чистяковым, а в 1875 г. польским ботаником Э. Страсбургером было открыто деление клетки — митоз, и, таким образом, подтвердилось предположение Р. Вир­хова.

Создание клеточной теории стало важнейшим событием в биологии, одним из решающих доказательств единства живой природы. Из неё следует, что все процессы в многоклеточных организмах, в биогеоценозе, в биосфере в конечном итоге можно свести к изучению клетки, как наименьшей единице живого. Клеточная теория оказала значительное влияние на раз­витие биологии как науки, послужила фундаментом для развития таких дисциплин, как эмбриология, гистология и физиология. Она позволила создать основы для понимания жизни, индивидуаль­ного развития организмов, для объяснения эволюционной связи между ними. Теория послужила одной из предпосылок возникновения теории эволюции Дарвина. Основные положения клеточной теории сохранили свое значение и сегодня, хотя более чем за сто пятьдесят лет были получены новые сведения о структуре, жизнедеятельности и раз­витии клетки.

Основные положения клеточной теории:

1. 
   Клетка является структурной единицейвсего живого. Все живые организмы состоят из клеток (исключение составляют вирусы).
   
2. 
   Клетка является функциональной единицейвсего жи­вого. Клетка проявляет весь комплекс жизненных функ­ций.
   

3 Клетка является единицей развитиявсего живого. Но­вые клетки образуются только в результате деления исходной (материнской) клетки.

4. 
   Клетка является генетической единицейвсего живого. В хромосомах клетки содержится информация о разви­тии всего организма.
   
5. 
   Клетки всех организмов сходны по химическому соста­ву, строению и функциям.
   

6. В многоклеточном организме клетки специализируются по функциям и образуют ткани, из тканей построены органы и системы органов, связанные между собой нервными и гуморальными формами регуляции.

Основные структурные компоненты эукариотической клетки. Их строение и функции.

КЛЕТКА

1. 
   ПЛАЗМАТИЧЕСКАЯ МЕМБРАНА/
   
2. 
   ЯДРО.
   

III. ЦИТОПЛАЗМА:

1. 
   Гиалоплазма (матрикс)
   
2. 
   Цитоплазматические структуры
   

а) включения – капли жира, зёрна крахмала, гранулы белка;

б) органоиды:

● одномембранные:

− эндоплазматическаясеть

− комплекс Гольджи

− лизосомы, вакуоли

● двумембранные:

− митохондрии

− пластиды

● немембранные:

− органоиды движения (жгутики и реснички)

− рибосомы

− клеточный центр

− микротрубочки и микрофиламенты

ПЛАЗМАТИЧЕСКАЯ МЕМБРАНА.

6-10 нм толщиной. Плазматическая мембрана определяет размеры клеток. На протяжении жизни клетки мем­брана остается постоянной, но все ее составляющие постоянно об­новляются.

Химический состав мембран.

Основные химические компоненты мембраны: липиды, белки и некоторое количество углеводов.

● Белки являются основным функциональным компонентом био­логических мембран. От сухой массы мембран составляют в сред­нем до 60 %. Они образуют комплексы с липидами. В строении мембран различают периферические, интегральные и полуинтегральные белки.

Периферические белки составляют около 30 % от общего коли­чества мембранных белков. Они содержатся на внешней и внутрен­ней поверхностях мембран. Поверхностные белки связаны с поверх­ностями мембран непосредственно или через двухвалентные кати­оны, преимущественно Са²⁺ и М§²⁺электрическими силами. При разрушении клетки легко отделяются от мембран.

Интегральные белки составляют почти 70 % общего количества мембранных белков. Они пронизывают мембрану насквозь. Такие бел­ки связывают обе поверхности мембраны.

Полуинтегральные погружены в мембрану лишь наполовину, выступая наружу с какой то одной поверхности мембраны.

По биологической роли мембранные белки делят на фермента­тивные, защитные, рецепторные (сигнальные белки) и структурные.

Разные типы мембран имеют определенный набор фермента­тивных белков. Ферменты принимают участие в регуляции обмена веществ, преоб­разовании энергии и т. п. Белки – антитела выполняют за­щитную функцию. Структурные белки принимают участие в стабилизации мем­бран. Рецепторные белки способны в ответ на воздействие различных факторов окружающей среды изменять свою пространственную структуру и таким образом передавать сигнал в клетку.

● Липидысоставляют от сухой массы мембран 40 % . Среди них преоблада­ют фосфолипиды (до 80 %). Фосфолипиды в своем составе имеют остатки фосфорной и серной кислот, которые обра­зуют гидрофильные головки. Неполярная часть представлена ос­татками жирных кислот, которые образуют гидрофобный хвост.

● Углеводы не входят самостоятельно в состав мембран. Их короткие, сильно разветвлённые молекулы ковалентно связаны с белками или липидами: гликопротеиды или гликолипиды соответственно. Локализованы на внешней стороне мембраны и образуют слой, который называется гликокаликс.

Структура биологических мембран.

Общепринятая модель биологических мембран — жидкостно-мозаичная. Название происходит от того, что около 30 % ли­пидов тесно связаны с внутренними белками, а остальные нахо­дятся в жидком подвижном состоянии. Молекулы липидов образуют двойной слой, где полярные гидрофильные остатки фосфорной кислоты (го­ловки) обращены к внешней и внутренней сторонам мембраны, к жидкой среде, неполярные хвосты — внутрь. Молекулы белков находятся или с внешней, или с внутренней стороны слоя липи­дов, или погружены в него. Сверху мембрана напоминает мозаи­ку, которая образована полярными головками липидов и поверхно­стными и внутренними белками. Молекулы белков и липидов способны перемещаться в плоскости мембраны.

Мембраны способны волнообразно двигаться, чем способствуют передвижению макромолекул. Поскольку входящие в состав мем­бран молекулы способны перемещаться, мембраны при незначи­тельных повреждениях быстро восстанавливаются, могут легко сливаться одна с другой, растягиваться и сжиматься.

Поверхность мембраны неоднородная, она обра­зует отростки, вгибы, складки, микроворсинки, которые намного увеличивают внешнюю и внутреннюю поверхности клетки.

Транспорт веществ через мембрану.

Транспорт может быть как пассивным (без затрат энергии), так и активным (с затрата­ми энергии).

●Пассивный транспорт происходит посредством диффузии, осмоса, транспортных белков.

Диффузия— это процесс проникновения веществ через мембрану по градиенту концентра­ции (из места большей концентрации в место меньшей концентрации). Осуществляется при участии белков, в которых имеются молекулярные поры (ионы), либо при участии липидов (для жирорастворимых веществ)Вещества проникают через мембрану вследствие хаотичного теплового движения моле­кул без затрат энергии. Диффузия зависит от проницаемости мем­браны. Процесс пассивного транспорта обеспечивает избиратель­ную проницаемость веществ через мембраны. Полупроницаемость мембраны — это способность выборочно пропускать в клетку и выводить из нее разные молекулы и ионы.

Осмос — это диффузия воды через полупроницаемую мембрану из области с меньшей концентрацией растворенного вещества в об­ласть с большей концентрацией.

Транспорта с по­мощью белков – облегчённая диффузия:

1) с участием подвижных белков-переносчиков, которые присоединяют транспортируемое вещество на одной по­верхности мембраны, а освобождают на другой;

2) за счет измене­ния конфигурации периферических белков, которые пересекают мемб­рану. Некоторые белки могут вращаться вокруг своей оси.

Фиксированные в мембране молекулы переносчиков могут об­разовывать цепь, и определенное вещество последовательно пере­мещается от одного звена этой цепи к другому.

●Активный транспорт – перенос веществ против градиента концентрации с затратами энергии, источни­ком которой могут быть или различие концентрации ионов, кото­рые возникают с обеих сторон мембраны, или энергия, которая высвобождается при расщеплении молекул АТФ.

На перенос веществ через плазматическую мембрану влияет различие концентрации ионов калия и натрия во внутренней и внеш­ней средах клетки. Внутри живой клетки концентрация ионов ка­лия всегда выше, чем извне, а ионов натрия — наоборот. Возникает градиент концентрации, который ведет к поступлению в клетку по­средством диффузии ионов натрия, а ионов калия — из нее. Кон­центрация ионов в клетке и вне ее никогда не выравнивается, посколь­ку существует особый механизм, который выводит ионы натрия из клетки и вводит туда ионы калия. Такой механизм называется калиево-натриевым насосом. Процесс происходит с затратой энергии. Концентрация этих ионов с обеих сторон плазматической мембра­ны выравнивается в мертвых или замороженных клетках. Благода­ря калиево-натриевому насосу облегчается транспорт низкомолеку­лярных соединений против градиента концентраций (глюкозы, аминокислот и т. п.).

К активному транспорту относятся цитозы. Выведение веществ из клетки называется экзоцитозом, введение их в клетку — эндоцитозом.С помощью эндоцитоза транспортируются макромолекулы (белки, нуклеиновые кислоты, липопротеиды).

Известно два вида эндоцитоза: фагоцитоз и пиноцитоз. При этом образуются пузырьки, окруженные мембраной, диамет­ром 0,01-2 мкм.

● Фагоцитоз(от греч. фагос — пожирать) — активное поглоще­ние твердых объектов, частичек органических веществ, мелких клеток и т. п. Фагоцитоз наблюдается у клеток одноклеточных или многоклеточных животных, которые лишены клеточной стенки. Одноклеточные животные (амебы, фораминиферы и т. п.) и неко­торые многоклеточные (клетки гидры и т. п.) питаются благодаря фагоцитозу.

Процесс фагоцитоза происходит в несколько этапов:

1) сбли­жение клетки с объектом, который можно захватить;

2) образова­ние фагосомы — плазматическая мембрана окутывает объект и проталкивает его в цитоплазму;

3) переваривание объекта (посту­пают лизосомы, содержащие гидролитические ферменты). Непе­реваренные остатки выводятся из клетки.

● Пиноцитоз(от греч. пино — пью) — это поглощение клеткой жидкостей вместе с растворенными в них соединениями. Происходит благодаря вгибанию мембраны. Наблюдается у кле­ток разнообразных организмов.

Надмембранные комплексы клеток.

У клеток животных и человека есть тонкий поверхностный слой — гликокаликс (от греч. глицис — сладкий и лат. саИит — толстая кожа). Он толщиной — несколько десятков нанометров. Состоит из гликопротеидов (со­единений белков с углеводами) и частично гликолипидов (соеди­нений липидов с углеводами). Гликокаликс обеспечивает связь клеток с внешней средой и участвует во взаимном узнавании родственных клеток (яйцеклетка и сперматозоид). В гликокаликсе благодаря наличию ферментов может происходить внеклеточное пищеварение.

У клеток грибов и растений имеются клеточные стенки (оболочки). В клеточных стенках растений содержится целлюлоза. Нераствори­мые в воде волоконца целлюлозы собраны в пучочки и образуют каркас, углубленный в основу — матрикс. Матрикс содержит пре­имущественно полисахариды. В состав клеточной стенки растений могут входить и другие вещества: липиды, белки, неорганичес­кие соединения (двуоксид кремния, соли кальция и т. п.). Клеточ­ные стенки способны древеснеть — промежутки между волоконца­ми целлюлозы заполняются особым органическим соединением — лигнином. Все соединения клеточной стенки синтезируются в клет­ке. В клеточных стенках грибов содержится хитин, а также разно­образные полисахариды (целлюлоза, гликоген и т. п.). В состав клеточных стенок некоторых грибов могут входить темные пиг­менты (меланины), пептиды, растворимые сахара, аминокислоты, фосфаты и т. п.

Подмембранные комплексы клеток.

Представлены пеллику­лой и цитоскелетом.

Пелликула содержится в клетках многих простейших (инфузорий, эвглен и т. п.) — это комплекс, который образован плазматической мембраной и структурами, расположен­ными под ней в измененном внешнем слое цитоплазмы — эк­топлазме. Самое сложное строение пелликулы имеют инфузории.

Цитоскелетсостоит из микротрубочек и микрофиламентов, .образованных сократительными белками. Они способствуют за­креплению органелл в определенном положении, их перемещению в клетке, выполняют опорную функцию.

Микрофиламенты — это тоненькие нити из сократительных белков (актина и миозина), которые пронизывают цитоплазму. Диаметр их составляет 4 нм. Они переплетаются под плазматической мембраной, принимают участие в изменении формы клетки, их делении. Одним концом пучки микрофиламентов прикрепляются к одной структуре, вто­рым — ко второй. Пучки микрофиламентов в мышечных клетках размещены вдоль их оси.

Микротрубочки— это цилиндрические полые структуры, в состав которых входит белок тубулин. Их диаметр — 10-25 нм. Принимают участие в формировании веретена деления эукариотических клеток, во внутриклеточном транспорте веществ, состав­ляют реснички, жгутики, центриоли.

Микротрубочки и микрофиламенты — полярные образования. Их концы (полюса) имеют разные свойства: постоянно наращива­ются с одного конца и распадаются с другого.

Функции плазмалеммы.

1. 
   Защитная.(предохраняет внутреннее содержимое клетки от проникновения различных веществ)
   
2. 
   Транспортная.
   
3. 
   Рецепторная (получение и преобразование сигналов из внешней среды).
   
4. 
   Каталитическая (обеспечение примембранных химических процессов).
   
5. 
   Цитоплазматическая мембрана обеспечивает связь между клетками путём образования складок и выростов или выделения цементирующего вещества, заполняющего межклеточные пространства.